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CN103459915B - 白光源以及包括所述白光源的白光源系统 - Google Patents

白光源以及包括所述白光源的白光源系统 Download PDF

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CN103459915B CN201180069970.1A CN201180069970A CN103459915B CN 103459915 B CN103459915 B CN 103459915B CN 201180069970 A CN201180069970 A CN 201180069970A CN 103459915 B CN103459915 B CN 103459915B
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Abstract

本发明提供了一种满足如下关系式的白光源：-0.2≤[(P(λ)×V(λ))/(P(λmax1)×V(λmax1))-(B(λ)×V(λ))/(B(λmax2)×V(λmax2))]≤+0.2，假设：所述白光源的发光光谱为P（λ）；与所述白光源具有相同色温的黑体辐射的发光光谱为B（λ）；光谱光视效率的光谱为V（λ）；P(λ)×V(λ)变为最大处的波长为λmax1；B(λ)×V(λ)变为最大处的波长为λmax2。根据以上白光源，可以提供一种能够再现与自然光相同发光光谱的白光源。

Description

白光源以及包括所述白光源的白光源系统
技术领域
本发明涉及一种白光源以及包括该白光源的白光源系统。更具体而言，本发明涉及发光光谱接近自然光的发光光谱的白光源，并涉及一种包括该白光源的白光源系统。
背景技术
近年来，包括发光二极管(LED)的白光源在节能手段和减少发射二氧化碳量方面引起人们关注。与包括钨丝的常规白炽灯泡相比，LED具有更长的使用寿命，能够节省能量。如日本专利特许公开(未审公开)No.10-242513(专利文献1)中所公开的，在常规的白光LED中，利用蓝光LED激励YAG荧光体，每个蓝光LED都具有在400到530nm范围内的发光峰值波长，从LED发射的蓝光和从YAG荧光体发射的黄光彼此混合，由此实现了白光。
包括LED的白光源已经被广泛用作交通信号灯和液晶显示器(LCD)以及一般照明设备(照明设备)，例如室内灯的背光。在包括蓝光LED的常规白光源的发光光谱中，从蓝光LED发射的蓝光的峰值高度大到从荧光体发射的黄光的峰值高度的至少1.5倍，因此蓝光的影响往往会强。
在包括LED的白光源普及的环境中，白光源对人体的不良影响开始为人们担心。如上所述，在常规白光LED中，蓝光LED的发光峰值很强。这种具有强蓝色发射峰的白光与自然光显著不同。在这里，自然光是指日光。
根据国际公开No.WO2008/069101(专利文献2)的小册子，已经考虑到这种白光源对人体的影响实现了该专利，组合具有不同发光峰值的LED和荧光体，这样混合四种类型的发光峰值，由此提供与光谱发光效率偏差小的白光。
在这里，将人眼对光的灵敏度称为光视函数，光谱光视效率被国际照明协会(CIE)定义为标准光谱光视函数V(λ)。因此，光谱光视效率和标准光谱光视函数V(λ)含义是相同的。图1示出了CIE定义的光谱光视效率V(λ)。亦即，图1示出了人眼识别波长大约为555nm的光具有最高灵敏度。
另一方面，专利文献2的目的是考虑到蓝光对人体的影响，控制波长在420到490nm范围内的光。可以预计这样的方法产生对褪黑激素分泌进行正常化的效果，褪黑激素是涉及生物钟夜间调节的激素之一。
就此而言，人的昼夜节律(24小时节律)受到体内时钟的控制。人应该基本生活在自然光下，但在现代社会中有各种生活方式，例如长时间的室内工作以及日夜颠倒的方式。如果没有在自然光下生活持续长时间，昼夜节律会受到干扰，将担心对人体有不良影响。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特许公开No.10(1998)-242513
专利文献2：国际公开No.WO2008/069101的小册子
发明内容
本发明要解决的问题
包括LED的当前白光源，亦即，包括蓝光LED的白光源，其发光光谱与自然光显著不同。在这样的白光源照射下长时间生活可能对人的昼夜节律产生不利的影响。
本发明是为了应对这样的问题而做出的，其目的是提供一种发光光谱接近自然光发光光谱的白光源。
解决问题的手段
为了实现上述目的，根据本发明的白光源满足关系式-0.2≤[(P(λ)×V(λ))/(P(λmax1)×V(λmax1))-(B(λ)×V(λ))/(B(λmax2)×V(λmax2))]≤+0.2，假设：所述白光源的发光光谱为P(λ)；与所述白光源具有相同色温的黑体辐射发光光谱为B(λ)；光谱光视效率的光谱为V(λ)；P(λ)×V(λ)变为最大处的波长为λmax1；B(λ)×V(λ)变为最大处的波长为λmax2。
更优选地，上述白光源满足关系式-0.1≤[(P(λ)×V(λ))/(P(λmax1)×V(λmax1))-(B(λ)×V(λ))/(B(λmax2)×V(λmax2))]≤+0.1。此外，优选将白光源的色温设置为2500到7000K。
优选上述白光源包括LED和荧光体。此外，优选LED具有在350到420nm范围内的发光峰值波长，且荧光体具有至少一个在420到700nm范围内的发光峰值波长。此外，优选上述白光源包括三种或更多种(更优选四种或更多种)均具有不同峰值波长的荧光体。此外，更优选上述白光源包括五种或更多种均具有不同峰值波长的荧光体。
此外，优选将荧光体与树脂混合以形成荧光体层。此外，优选荧光体层具有多层结构，其中层叠多个通过在树脂中散布荧光体颗粒形成的荧光体元件。此外，根据本发明的白光源系统包括根据本发明的多个上述白光源。
发明的优点
根据本发明的白光源能够再现与自然光相同的发光光谱。因此，即使人体长时间暴露于从白光源发射的白光，也可以使对人体的不良影响相当于自然光。
附图说明
图1是示出了光谱光视效率V(λ)的曲线图。
图2是用于获得黑体辐射的发光光谱B(λ)的数学表达式(公式)。
图3是示出了白天期间自然光发光光谱的范例的曲线图。
图4是示出了早晨自然光发光光谱的范例的曲线图。
图5是示出了日出时自然光发光光谱的范例的曲线图。
图6是示出了范例1中的发光光谱的曲线图。
图7是示出了范例1中的(P(λ)×V(λ))/(P(λmax1)×V(λmax1))的曲线图。
图8是示出了(B(λ)×V(λ))/(B(λmax2)×V(λmax2))的曲线图，假设与图3中具有相同色温的黑体辐射为B(λ)。
图9是示出了范例1中的差异A(λ)的曲线图。
图10是截面图，示出了根据本发明的灯泡型白光源的实施例。
图11是示出了范例2中的白光源发光光谱的曲线图。
图12是示出了范例2中的(P(λ)×V(λ))/(P(λmax1)×V(λmax1))的曲线图。
图13是示出了(B(λ)×V(λ))/(B(λmax2)×V(λmax2))的曲线图，假设与图4中具有相同色温的黑体辐射为B(λ)。
图14是示出了范例2中的差异A(λ)的曲线图。
图15是示出了范例3中的发光光谱的曲线图。
图16是示出了范例3中的(P(λ)×V(λ))/(P(λmax1)×V(λmax1))的曲线图。
图17是示出了(B(λ)×V(λ))/(B(λmax2)×V(λmax2))的曲线图，假设与图5中具有相同色温的黑体辐射为B(λ)。
图18是示出了范例3中的差异A(λ)的曲线图。
图19是示出了比较例1中的差异A(λ)的曲线图。
图20是截面图，示出了根据本发明的灯泡型白光源的另一实施例。
图21是示出了范例5中的白光源发光光谱P(λ)的曲线图。
图22是示出了色温为5000K的黑体辐射B(λ)的曲线图。
图23是示出了范例5中白光源的(P(λ)×V(λ))/(P(λmax1)×V(λmax1))的曲线图。
图24是示出了范例5中白光源的(B(λ)×V(λ))/(B(λmax2)×V(λmax2))的曲线图。
图25是示出了范例5中白光源的差异A(λ)的曲线图。
具体实施方式
根据本发明实施例的白光源满足如下关系式：-0.2≤[(P(λ)×V(λ))/(P(λmax1)×V(λmax1))-(B(λ)×V(λ))/(B(λmax2)×V(λmax2))]≤+0.2,假设：白光源的发光光谱为P(λ)；与白光源具有相同色温的黑体辐射的发光光谱为B(λ)；光谱光视效率的光谱为V(λ)；P(λ)×V(λ)变成最大的波长为λmax1；B(λ)×V(λ)变成最大的波长为λmax2。在这里，λ表示可见光区域中380到780nm的波长。
根据以下流程配置满足上述关系式的白光源。首先，测量白光源的发光光谱P(λ)。利用符合JIS-C-8152的积分球，根据总光通量测量来测量发光光谱。从发光光谱计算色温。注意，色温的单位是开尔文(K)。
接下来，获得与白光源具有相同色温的黑体辐射的发光光谱B(λ)。根据普朗克分布获得发光光谱B(λ)。可以根据图2所示的数学表达式获得普朗克分布。在图2中，h表示普朗克常数，c表示光速，λ表示波长，e表示自然对数的底数，k表示波耳兹曼常数，T表示色温。因为h、c、e和k是常数，如果确定了色温T，就可以根据波长λ获得黑体辐射的发光光谱。
在本发明中，黑体辐射表示自然光(日光)的发光光谱。自然光例如在白天、早晨和日出时具有不同的色温。图3示出了自然光在白天的发光光谱范例(色温为5100K)，图4示出了自然光在早晨的发光光谱范例(色温为4200K)，图5示出了自然光日出时的发光光谱范例(色温为2700K)。注意，在图4中采用上午7点作为早晨。
图6示出了稍后将要被描述的范例1中的发光光谱P(λ)。图7示出了范例1中的(P(λ)×V(λ))/(P(λmax1)×V(λmax1))。图8示出了(B(λ)×V(λ))/(B(λmax2)×V(λmax2))，假设自然光在白天的发光光谱(图3)为B(λ)。
图1中所示的光谱光视效率用于V(λ)，以获得图7和图8。
图7是通过如下方式获得的曲线图：针对每个波长，将图6中所示范例1中的发光光谱P(λ)的值乘以光谱光视效率V(λ)的值；将所得乘积除以(P(λmax1)×V(λmax1))；绘制所得的商。在图7中，(P(λ)×V(λ))变成最大的波长为λmax1＝556nm。
图8是通过如下方式获得的曲线图：针对每个波长，将图3中的发光光谱B(λ)的值乘以光谱光视效率V(λ)的值；将所得乘积除以(B(λmax2)×V(λmax2))；绘制所得的商。在图8中，(B(λ)×V(λ))变成最大的波长为λmax2＝556nm。
(P(λ)×V(λ))表示光谱光视效率V(λ)区域中白光源的发光光谱的强度。将(P(λ)×V(λ))除以作为最大值的(P(λmax1)×V(λmax1))，由此其上限可以是1.0，如图7中所示。
此外，(B(λ)×V(λ))表示光谱光视效率V(λ)区域中黑体辐射的发光光谱的强度。将(B(λ)×V(λ))除以作为最大值的(B(λmax2)×V(λmax2))，由此其上限可以是1.0，如图8中所示。
接下来，获得差异A(λ)＝[(P(λ)×V(λ))/(P(λmax1)×V(λmax1))-(B(λ)×V(λ))/(B(λmax2)×V(λmax2))]。根据本实施例的白光源满足如下关系：-0.2≤[(P(λ)×V(λ))/(P(λmax1)×V(λmax1))-(B(λ)×V(λ))/(B(λmax2)×V(λmax2))]≤+0.2。如果差异A(λ)满足如下关系：-0.2≤A(λ)≤+0.2,光谱光视效率V(λ)区域中白光源的发光光谱接近黑体辐射的发光光谱，换言之，自然光的发光光谱。亦即，如果差异A(λ)为零(A(λ)＝0)，可以再现与自然光相同的发光光谱。
图9示出了范例1的差异A(λ)。从图9中明显看出，在范例1中，差异A(λ)的范围是-0.03≤A(λ)≤+0.02,可以证实在范例1中再现了白天的自然光。
如上所述,根据本实施例,发光光谱被设计成接近黑体辐射的发光光谱。因此，与具有突出的蓝光峰的常规白光LED比较，本实施例能够在相当程度上抑制对人昼夜节律的不良影响。
如范例中稍后所述，也可以再现日出时的自然光和早晨的自然光，因此可以控制发光光谱以便适合期望用途。
此外，如果组合能够再现白天自然光、日出时的自然光和早晨的自然光的白光源，可以再现与一天的日光相同的自然光。例如，如果将这样的组合式白光源用作医院病房和用于长时间室内工作的地方或房间中的照明设备，可以抑制对生活于其中的患者和工作于其中的员工昼夜节律的不良影响。此外，因为可以再现自然光，所以也可能应用于使用自然光的农业领域，例如作物栽培。
优选这样的白光源，其具有2500到7000K的发光色温。如果色温降低到2500K以下以及超过7000K，可能会不适宜地产生自然光中不存在的色温。色温的优选范围是2700到6700K。
优选具有如上所述差异A(λ)的白光源包括发光二极管(LED)和荧光体。优选将LED的发光峰值波长设置在350到420nm范围内。优选采用利用荧光体将发光峰值在紫外线到紫光区域中的LED光转换成可见光的方法。均具有420nm或更大峰值波长的蓝光LED、绿光LED和红光LED的发光峰值高度很大，因此难以控制其差异A(λ)落在范围-0.2≤A(λ)≤+0.2之内。此外，不限于LED，可以使用半导体激光器等，只要使用的发光源具有350到420nm的发光峰值波长即可。
优选在荧光体由350到420nm发光源激励时，荧光体的发光峰值波长在420到700nm范围内。此外，优选使用具有不同峰值波长的三种或更多种(更优选五种或更多种)荧光体。此外，荧光体的相邻峰值波长相差(或彼此偏差)优选150nm或更小，更优选10到100nm，更优选10到50nm。亦即，从蓝光区域到红光区域，利用三种或更多种(更优选五种或更多种)荧光体组合每个相差10到100nm的峰值波长，由此可以实现-0.2≤差异A(λ)≤+0.2。
用于构成每种荧光体的材料不受特定限制，只要其发光峰值在420到700nm范围内即可，以下荧光体优选作为在350到420nm激励的荧光体。此外，每种荧光体的发光光谱的峰值波长的半值宽度(半带宽度)宽达优选40nm或更大，更优选50到100nm。
蓝光荧光体(B)的范例可以包括铕激活的碱土磷酸盐荧光体(峰值波长440到455nm)，以及铕激活的铝酸钡镁荧光体(峰值波长450到460nm)等。此外，蓝绿光荧光体的范例可以包括铕激活的铝酸锶荧光体(峰值波长480到500nm)，以及铕锰激活的铝酸钡镁荧光体(峰值波长510到520nm)等。
绿光荧光体(G)的范例可以包括铕激活的原硅酸盐荧光体(峰值波长520到550nm)，铕激活的β赛纶陶瓷荧光体(峰值波长535到545nm)以及铕激活的锶赛纶陶瓷荧光体(峰值波长510到530nm)等。
黄光荧光体(Y)的范例可以包括铕激活的原硅酸盐荧光体(峰值波长550到580nm)，以及铈激活的稀土铝石榴石荧光体(峰值波长550到580nm)等。
红光荧光体(R)的范例可以包括铕激活的锶赛纶陶瓷荧光体(峰值波长600到630nm)、铕激活的钙锶氮氧化物荧光体(峰值波长610到650nm)、铕激活的硫氧化镧荧光体(峰值波长620到630nm)以及锰激活的镁氟锗酸盐(峰值波长640到660nm)等。
为了控制差异A(λ)，优选使用蓝光荧光体、蓝绿光荧光体、绿光荧光体、黄光荧光体和红光荧光体的上述范例中的三种或更多种(更优选五种或更多种)荧光体。此外，可以通过改变荧光体的混合比来控制色温。
优选将每种荧光体的平均颗粒尺寸设置为5到40μm。如果平均颗粒尺寸小于5μm，颗粒尺寸过小，于是制造荧光体很难，导致成本增大。另一方面，如果平均颗粒尺寸大于40μm，则难以均匀地混合荧光体。
接下来，将解释白光源的结构。图10示出了灯泡型白光源，作为根据本发明的白光源实施例。在图10中，附图标记1表示LED灯泡(白光源)，2表示LED模块，3表示基体，4表示玻璃壳，5表示绝缘构件，6表示帽，7表示基板，8表示LED芯片，9表示荧光体层，10表示透明树脂层。
亦即，图10中示出的LED灯泡1包括：LED模块2；布置LED模块2的基体3；附着于基体3上部以覆盖LED模块2的玻璃壳4；附着于基体3下端部的帽6，中间为绝缘构件5；以及设置于基体3内部的照明电路11。
LED模块2包括LED芯片8，其发射紫外光到紫光，安装在基板7上。多个LED芯片8表面安装在基板7上。例如，将InGaN基、GaN基和AlGaN基发光二极管等用于发射紫外光到紫光的LED芯片8。
在基板7的表面上设置配线网络(未示出)(根据需要在其内部进一步设置)，将每个LED芯片8的电极电连接到基板7的配线网络。从LED模块2的侧表面或底表面抽出配线线路12，将配线线路12电连接到基体3内部设置的照明电路11。通过经由照明电路11施加的直流电压导通LED芯片8。
在玻璃壳4的内表面上设置荧光体层9，荧光体层9吸收从LED芯片8发射的紫外光到紫光并发射白光。通过组合三种或更多种(更优选五种或更多种)具有不同峰值波长的荧光体来形成荧光体层9。此外，可以将荧光体与树脂混合以根据需要形成荧光体层9。此外，可以混合所有的荧光体以形成混合荧光体层。或者，将通过混合一种到三种荧光体形成的荧光体层层叠以形成多层荧光体层。
尽管图10示出了荧光体层设置于玻璃壳4内表面上的结构，但荧光体层可以设置于玻璃壳4的外表面上，可以将荧光体混合于玻璃壳4自身中，可以将荧光体混合于透明树脂层10中。尽管图10示出了灯泡型白光源，但本发明不限于此，也可以应用于一个芯片的白光源。此外，不限于上述灯泡型，也可以将根据本发明的白光源应用于荧光灯型(细长型)、枝形吊灯型等，其形状不受限制。
如上所述，控制差异A(λ)以满足-0.2≤A(λ)≤+0.2,由此可以提供再现自然光的白光源。此外，组合再现白天自然光、日出自然光、早晨自然光、晚上自然光等的白光源，由此可以配置出再现一天自然光的节律的白光源系统。结果，能够提供抑制对人体昼夜节律产生不良影响的白光源和白光源系统。
(范例)
(范例1)
制备均具有400nm发光峰值波长的LED芯片。接下来制备的是混合物，包括：铕激活的碱土磷酸盐蓝光荧光体，其峰值波长为445nm；铕激活的铝酸锶蓝绿光荧光体，其峰值波长为490nm；铕激活的原硅酸盐绿光荧光体，其峰值波长为530nm；铕激活的原硅酸盐黄光荧光体，其峰值波长为555nm；以及铕激活的锶赛纶陶瓷红光荧光体，其峰值波长为630nm，作为利用400nm电磁波照射时发光的荧光体。
将荧光体的平均颗粒尺寸设置为15μm。以蓝光荧光体：蓝绿光荧光体：绿光荧光体：黄光荧光体：红光荧光体＝30：15：20：15：20的重量比(质量比)混合荧光体，将其与透明树脂混合，并涂布于玻璃壳内表面，由此制造图10中所示的灯泡型白光源。所获得白光源的发光颜色的相关色温为5100K。5100K的这一色温相当于白天自然光的色温。
图6示出了利用符合JIS-C-8152的积分球，根据总光通量测量，测量范例1中的灯泡型白光源的发光光谱获得的结果。图7示出了范例1中的(P(λ)×V(λ))/(P(λmax1)×V(λmax1))，这是利用图1中的光谱光视分布V(λ)获得的。注意，范例1中的λmax1为556nm。
然后，图3示出了色温为5100K的黑体辐射的发光光谱，它是根据普朗克分布(图2中的表达式)获得的。图8示出了(B(λ)×V(λ))/(B(λmax2)×V(λmax2)),它是通过假设图3中的发光光谱为B(λ)而获得的。注意，λmax2为556nm。
范例1中的差异A(λ)是根据[(P(λ)×V(λ))/(P(λmax1)×V(λmax1))-(B(λ)×V(λ))/(B(λmax2)×V(λmax2))]获得的。图9示出了其结果。从图9明显看出，在范例1中的白光源中，来自白天自然光发光光谱的差异A(λ)在380到780nm可见光区中在-0.2到+0.2的范围内。具体而言，差异A(λ)为-0.03到+0.02。
(范例2)
制备均具有400nm的发光峰值波长的LED芯片。接下来制备的是混合物，包括：铕激活的碱土磷酸盐蓝光荧光体，其峰值波长为445nm；铕激活的铝酸锶蓝绿光荧光体，其峰值波长为490nm；铕激活的原硅酸盐绿光荧光体，其峰值波长为530nm；铕激活的原硅酸盐黄光荧光体，其峰值波长为555nm；以及铕激活的锶赛纶陶瓷红光荧光体，其峰值波长为630nm，作为利用400nm电磁波照射时发光的荧光体。将荧光体的平均颗粒尺寸设置为15μm。以蓝光荧光体：蓝绿光荧光体：绿光荧光体：黄光荧光体：红光荧光体＝10：15：25：20：30的重量比(质量比)混合荧光体，将其与透明树脂混合，并涂布于玻璃壳内表面，由此制造图10中所示的灯泡型白光源。所获得白光源的发光颜色的相关色温为4200K。4200K的这一色温相当于早晨自然光的色温。
类似于范例1，利用积分球根据总光通量测量检查范例2中的白光源的发光光谱。图11示出了其结果。图12示出了范例2中的(P(λ)×V(λ))/(P(λmax1)×V(λmax1))，这是利用图1中所示的光谱光视分布V(λ)获得的。注意，范例2中的λmax1为560nm。
然后，图4示出了色温为4200K的黑体辐射的发光光谱，它是根据普朗克分布(图2中的表达式)获得的。图13示出了(B(λ)×V(λ))/(B(λmax2)×V(λmax2))，它是通过假设图4中的发光光谱为B(λ)而获得的。注意，λmax2为560nm。
范例2中的差异A(λ)是根据[(P(λ)×V(λ))/(P(λmax1)×V(λmax1))-(B(λ)×V(λ))/(B(λmax2)×V(λmax2))]获得的。图14示出了其结果。从图14明显看出，在范例2中的白光源中，来自早晨自然光发光光谱的差异A(λ)在380到780nm可见光区中在-0.2到+0.2的范围内。具体而言，差异A(λ)为-0.04到+0.03。
(范例3)
制备均具有400nm的发光峰值波长的LED芯片。制备混合物，包括：铕激活的碱土磷酸盐蓝光荧光体，其峰值波长为445nm；铕激活的铝酸锶蓝绿光荧光体，其峰值波长为490nm；铕激活的原硅酸盐绿光荧光体，其峰值波长为530nm；铕激活的原硅酸盐黄光荧光体，其峰值波长为555nm；以及铕激活的锶赛纶陶瓷红光荧光体，其峰值波长为630nm，作为利用400nm电磁波照射时发光的荧光体。
将荧光体的平均颗粒尺寸设置为15μm。以蓝光荧光体：蓝绿光荧光体：绿光荧光体：黄光荧光体：红光荧光体＝5：10：20：25：40的重量比(质量比)混合荧光体，将其与透明树脂混合，并涂布于玻璃壳内表面，由此制造图10中所示的灯泡型白光源。所获得白光源的发光颜色的相关色温为2700K。白光源的这一色温相当于日出时自然光的色温。
类似于范例1，利用积分球根据总光通量测量检查范例3中的白光源发光光谱。图15示出了其结果。图16示出了范例3中的(P(λ)×V(λ))/(P(λmax1)×V(λmax1))，这是利用图1中所示的光谱光视分布V(λ)获得的。注意，范例3中的λmax1为570nm。
然后，图5示出了色温为2700K的黑体辐射的发光光谱，它是根据普朗克分布(图2中的表达式)获得的。图17示出了(B(λ)×V(λ))/(B(λmax2)×V(λmax2))，它是通过假设图5中的发光光谱为B(λ)而获得的。注意，λmax2为570nm。
范例3中的差异A(λ)是根据[(P(λ)×V(λ))/(P(λmax1)×V(λmax1))-(B(λ)×V(λ))/(B(λmax2)×V(λmax2))]获得的。图18示出了其结果。从图18明显看出，在范例3中的白光源中，来自日出时自然光发光光谱的差异A(λ)在380到780nm可见光区中在-0.2到+0.2的范围内。具体而言，差异A(λ)为-0.03到+0.15。
(范例4)
制备均具有410nm的发光峰值波长的LED芯片。接下来制备的是混合物，包括：铕激活的铝酸钡镁蓝光荧光体，其峰值波长为450nm；铕锰激活的铝酸钡镁蓝绿光荧光体，其峰值波长为515nm；铕激活的原硅酸盐绿光荧光体，其峰值波长为530nm；铕激活的原硅酸盐黄光荧光体，其峰值波长为555nm；以及铕激活的氮氧化钙锶红光荧光体，其峰值波长为630nm，作为利用410nm电磁波照射时发光的荧光体。
将荧光体的平均颗粒尺寸设置为20μm。以蓝光荧光体：蓝绿光荧光体：绿光荧光体：黄光荧光体：红光荧光体＝30：20：15：20：15的重量比(质量比)混合荧光体，将其与透明树脂混合，并涂布于玻璃壳内表面，由此制造图10中所示的灯泡型白光源。所获得白光源的发光颜色的相关色温为5100K。5100K的这一色温相当于白天自然光的色温。
类似于范例1，利用积分球根据总光通量测量检查范例4中的白光源发光光谱。此外，(P(λ)×V(λ))/(P(λmax1)×V(λmax1))是利用图1中所示的光谱光视分布V(λ)获得的。注意，范例4中的λmax1为556nm。
然后，色温为5100K的黑体辐射的发光光谱是根据普朗克分布(图2中的表达式)获得的。(B(λ)×V(λ))/(B(λmax2)×V(λmax2))是通过假设黑体辐射的发光光谱为B(λ)而获得的。注意，λmax2为556nm。
范例4中的差异A(λ)是根据[(P(λ)×V(λ))/(P(λmax1)×V(λmax1))-(B(λ)×V(λ))/(B(λmax2)×V(λmax2))]获得的。在范例4中的白光源中，来自白天自然光发光光谱的差异A(λ)在380到780nm可见光区中在-0.2到+0.2的范围内。具体而言，差异A(λ)为-0.18到+0.19。
(范例5)
制备均具有400nm的发光峰值波长的LED芯片。制备混合物，包括：铕激活的碱土磷酸盐蓝光荧光体，其峰值波长为445nm；铕激活的原硅酸盐绿光荧光体，其峰值波长为530nm；以及铕激活的锶赛纶陶瓷红光荧光体，其峰值波长为625nm，作为通过来自这些LED芯片的400nm电磁波导致发光的荧光体。
以蓝光荧光体：绿光荧光体：红光荧光体＝30：40：30的重量比混合荧光体，将其与透明树脂混合，并涂布于玻璃壳内表面，由此制造图10中所示的灯泡型白光源。所获得白光源的发光颜色的相关色温为5000K。这一色温相当于白天自然光的色温。
然后，类似于范例1，利用积分球根据总光通量测量检查范例5中的白光源发光光谱P(λ)。图21示出了其结果。图23示出了范例5中的(P(λ)×V(λ))/(P(λmax1)×V(λmax1))，这是利用图1中所示的标准光视函数V(λ)获得的。注意，本范例中的λmax1为540nm。
然后，图22示出了色温为5000K的黑体辐射的发光光谱，它是根据普朗克分布(图2中的表达式)获得的。图24示出了(B(λ)×V(λ))/(B(λmax2)×V(λmax2))，它是通过假设图22中的发光光谱为B(λ)而获得的。注意，λmax2为555nm。
本范例中的差异A(λ)是根据[(P(λ)×V(λ))/(P(λmax1)×V(λmax1))-(B(λ)×V(λ))/(B(λmax2)×V(λmax2))]获得的。图25示出了其结果。从图25明显看出，在范例5中的白光源中，来自日出时自然光发光光谱的差异A(λ)在380到780nm可见光区中在-0.2到+0.2的范围内。具体而言，差异A(λ)为-0.2到+0.1。
(比较例1)
将发光峰值波长为460nm的蓝光发光二极管与铈激活的钇铝石榴石黄光荧光体组合，由此制造比较例1中的白光源。比较例1中的白光源色温为5100K，其差异A(λ)是-0.28到+0.04，如图19所示。
在上述范例的每个以及比较例1中，受检者(十个人)在相同光照强度下在白光源下白天度过9:00到17：00，在同一天的夜间(21：00)测量分泌的褪黑激素量。注意，根据唾液检查分析分泌的褪黑激素量。假设比较例1中分泌的褪黑激素量为100，测量上述范例的每个中分泌的褪黑激素量(十个人的平均值)。表1示出了其结果
[表1]
样本编号 分泌的褪黑激素量
范例1 120
范例2 125
范例3 130
范例4 118
范例5 118
比较例1 100
从表1中示出的结果显然看出，受检者体内分泌的褪黑激素量在上述范例的每个中的白光源中都比比较例1中的常规白光源中的大。褪黑激素是大脑松果体分泌的激素之一，一般说来，褪黑激素分泌的量在白天小，夜间大。据认为，这是因为人白天生活在自然光下。因此，褪黑激素被认为是休息睡眠必须的激素。此外，在美国和其他国家，褪黑激素被广泛用作添加物，用于防止体内的氧化。
因此，在难以暴露于自然光的环境中(例如医院病房和长时间室内活动)利用上述范例中的白光源，可以获得相当于暴露于自然光所获得的效果，可以预计有抑制睡眠障碍和昼夜节律干扰的效果。
在上述范例中，独立生成了白天时的自然光(范例1，范例4和范例5)，日出时的自然光(范例2)和早晨的自然光(范例3)。或者，通过酌情组合多种光来配置白光源系统，由此也可以再现相当于一天的自然光的光。
具体而言，如图20所示，可以将发射白天自然光的LED芯片8a和荧光体层9a、发射日出时自然光的LED芯片8b和荧光体层9b，以及发射早晨自然光的LED芯片8c和荧光体层9c一起置于公共衬底7上。然后，可以在相同的玻璃壳4中容纳荧光体层9a、9b和9c分别连接的LED芯片8a、8b和8c，由此可以配置白光源系统1a。此外，可以在LED芯片8和荧光体层9之间设置透明树脂层10。
LED芯片8a、8b和8c均通过配线线路12a连接到照明电路11a。用户可以根据需要利用附着于照明电路11a的开关机构(未示出)选择要打开的LED芯片。
根据如上所述配置的白光源系统1a，可以根据用户的需求和照明周期，从一个白光源系统1a有选择地享受到白天的自然光、日出时的自然光和早晨的自然光。亦即，组合再现白天自然光、日出自然光、早晨自然光、夜间自然光等的白光源，由此可以配置出再现一天自然光节奏的白光源系统。
工业实用性
根据本发明的白光源和白光源系统能够再现与自然光相同的发光光谱。因此，即使人体长时间暴露于从白光源发射的白光，也可以使对人体的不良影响相当于自然光。
附图标记描述
1…LED灯泡(白光源)，1a…白光源系统，2,2a…LED模块，3…基体，4…玻璃壳，5…绝缘构件，6…帽，7…衬底，8,8a,8b,8c…LED芯片，9,9a,9b,9c…荧光体层，10…透明树脂层，11,11a…照明电路，12,12a…配线线路。

Claims (9)

1.一种白光源，具有发光峰值波长在350～420nm范围的LED和发光峰值波长在420～700nm范围的荧光体，其特征在于，
假设：所述白光源的发光光谱为P(λ)；与所述白光源具有相同色温的黑体辐射的发光光谱为B(λ)；光谱光视效率的光谱为V(λ)；P(λ)×V(λ)变为最大处的波长为λmax1；且B(λ)×V(λ)变为最大处的波长为λmax2时，满足如下关系式：
-0.2≤[(P(λ)×V(λ))/(P(λmax1)×V(λmax1))-(B(λ)×V(λ))/(B(λmax2)×V(λmax2))]≤+0.2。
2.根据权利要求1所述的白光源，其特征在于，满足-0.1≤[(P(λ)×V(λ))/(P(λmax1)×V(λmax1))-(B(λ)×V(λ))/(B(λmax2)×V(λmax2))]≤+0.1。
3.根据权利要求1和权利要求2中的任一项所述的白光源，其特征在于，其中所述白光源的色温为2500到7000K。
4.根据权利要求1或2所述的白光源，其特征在于，包括三种或更多种具有不同峰值波长的荧光体。
5.根据权利要求1或2所述的白光源，其特征在于，包括五种或更多种具有不同峰值波长的荧光体。
6.根据权利要求1或2所述的白光源，其特征在于，其中所述荧光体与树脂混合以形成荧光体层。
7.根据权利要求1或2所述的白光源，其特征在于，其中所述荧光体的相邻峰值波长相差150nm或更小。
8.根据权利要求6所述的白光源，其特征在于，其中所述荧光体层具有多层结构。
9.一种白光源系统，其特征在于，包括多个根据权利要求1至权利要求8中的任一项所述的白光源。
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